Хорошо это или плохо, но са
мое большое технологическое достижение в истории всё ещё нас ожидает вп
ереди.

Два Стиля Технологии

Наша современная технология основывается на древней традиции. Тридцат
ь тысяч лет назад обтёсывание камня было на тот день высокой технологией
. Наши предки брали камни, содержащие триллионы триллионов атомов и удал
яли слои, содержащие миллиарды триллионов атомов, чтобы сделать их них н
аконечники для стрел. Они делали прекрасную работу с мастерством, трудно
воспроизводимым сегодня. Также они делали рисунки на стенах пещер во Фра
нции распылением краски, используя свои руки и трафареты. Позже они дела
ли горшки обжиганием глины, потом Ц бронзу, обжигая породу. Они придавал
и бронзе форму, выковывая её. Они делали железо, потом сталь, и придавали и
м форму, нагревая, выковывая и снимая стружку.
Мы теперь готовим чистую керамику и более прочные стали, но мы все еще при
даём им форму с помощью выковывания, снятия стружки и т. п. Мы готовим чист
ый кремний, пилим их в пластины, и делать рисунок на поверхности, использу
я крошечные трафареты и пучки света. Мы вызываем(называем) изделия «чипа
ми» и мы считаем, что они удивительно малы, по крайней мере в сравнении с н
аконечниками стрел.
Наша микроэлектронная технология сумела загнать машины, столь же мощны
е как компьютеры размера комнаты в начале 1950-ых в несколько кремниевых чи
пов в карманном компьютере. Инженеры теперь делают устройства меньшие, ч
ем когда-либо, раскидывая группы атомов по поверхности кристалла так, чт
обы образовывались связи и компоненты в одну десятую толщины тончайшег
о волоса.
Эти микросхемы могут считаться маленькими в стандартах тесальщиков кр
емня, но каждый транзистор все еще содержит триллионы атомов, и так назыв
аемые «микрокомпьютеры» все еще видимы к невооружённому глазу. По станд
артам более новой, более мощной технологии они будут выглядеть гигантск
ими.
Древний стиль технологии, который можно проследить от чипов кремня до кр
емниевых чипов, обращается с атомами и молекулами большими совокупност
ями; назовём это балк-технологией (bulk Ц оптовый). Новая технология будет м
анипулировать индивидуальными атомами и молекулами под контролем и пр
ецизионно; назовём её молекулярной технологией. Она изменит наш мир в бо
льшем количестве областей, чем мы можем вообразить.
Микросхемы имеют части, измеряемые в микрометрах Ц то есть в миллионных
долях метра, но молекулы измеряются в нанометрах (в тысячу раз меньше). Мы
можем использовать термины «нанотехнология» и "молекулярная технологи
я" взаимозаменяемо для описания нового вида технологии. Разработчики но
вой технологии будут строить и наносхемы, и наномашины.

Молекулярная технология сег
одня

Одно из определений машины по словарю Ц "любая система, обычно из тверды
х частей, сформированных и связанных так, чтобы изменять, передавать, и на
правлять используемые силы определенным способом для достижения опред
еленной цели, такой как выполнение полезной работы." Молекулярные машины
подходят под это определение вполне хорошо.
Чтобы представить себе эти машины, нужно сначала дать наглядное предста
вление о молекулах. Мы можем изобразить атомы как бусинки, а молекулы как
группы бусинок, подобно детским бусам, соединённым кусочками нитки. На с
амом деле, химики иногда представляют молекулы наглядно, строя модели из
пластмассовых бусинок (некоторые из которых связаны в нескольких напра
влениях чем-то подобным спицам в наборе Tinkertoy). Атомы имеют круглую форму по
добно бусинам, и хотя молекулярные связи Ц не кусочки нитки, наша картин
ка как минимум даёт важное представление, что связи могут быть порваны и
восстановлены.
Если атом был бы размером маленького мраморного шарика, довольно сложна
я молекула была бы размером с кулак. Это даёт полезный мысленный образ, но
на самом деле атомы около 1/10.000 размера бактерии, а бактерия Ц около 1/10.000 разм
ера комара. (Ядро атома, однако, составляет около 1/100.000 размера самого атома;
разница между атомом и ядром Ц это разница между огнем и ядерной реакци
ей.)
Вещи вокруг нас действуют, как они действуют, из-за того, как ведут себя их
молекулы. Воздух не держит ни форму, ни объем, потому что молекулы двигают
ся свободно, сталкиваясь и отскакивая рикошетом в открытом пространств
е. Молекулы воды держатся вместе в процессе перемещения, поэтому вода со
храняет постоянный объём в процессе изменения своей формы. Медь сохраня
ет свою форму потому что её атомы связаны друг с другом в определённую ст
руктуру; мы можем согнуть её или ковать её, потому что её атомы скользят др
уг относительно друга, оставаясь при этом связанными вместе. Стекло разб
ивается, когда мы ударяем по нему молотком, потому что его атомы отделяют
ся друг от друга раньше, чем начинают скользить. Резина состоит из цепоче
к перекрученных молекул, подобно клубку веревок. Когда её растягивают и
отпускают, её молекулы распрямляются и сворачиваются опять. Эти простые
молекулярные схемы образуют пассивные вещества. Более сложные схемы об
разуют активные наномашины живых клеток.
Биохимики уже работают с этими машинами, которые в основном состоят из б
елка, основной строительный материал живых клеток. Эти молекулярные маш
ины имеют относительно немного атомов, и так что они имеют бугорчатую по
верхность, подобно объектам, сделанным склеиванием вместе горстки мрам
орных шариков. Также многие пары атомов связаны связями, которые могут с
гибаться и вращаться, поэтому белковые машины необычно гибки.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117